潘 玲，徐艷紅，李紅艷，李一明，趙 佳，閆 蕊

(中國石油吉林石化公司 研究院，吉林 吉林 132021)

EGSB厭氧反應(yīng)器啟動(dòng)的過程實(shí)質(zhì)是對(duì)菌種馴化、選擇、增值的過程。此階段的目標(biāo)是使反應(yīng)器進(jìn)入“工作”狀態(tài)，實(shí)質(zhì)上是使菌種由休眠狀態(tài)恢復(fù)即活化的過程。當(dāng)菌種從休眠狀態(tài)恢復(fù)到營養(yǎng)細(xì)胞狀態(tài)后，還要經(jīng)歷對(duì)廢水性質(zhì)的適應(yīng)過程，且由于原種泥中甲烷菌的濃度較低，增長速度相對(duì)于產(chǎn)酸菌要慢得多，因此這一階段必然經(jīng)歷較長時(shí)間。

厭氧啟動(dòng)階段包括污泥接種、反應(yīng)器升溫、污泥培養(yǎng)馴化等過程。此階段的關(guān)鍵是防止厭氧反應(yīng)器“酸化”，若出現(xiàn)酸化就意味著啟動(dòng)失敗，甲烷菌不能再恢復(fù)活性，需全部廢棄原接種污泥而重新接種。判斷厭氧反應(yīng)器“酸化”的標(biāo)準(zhǔn)是：厭氧反應(yīng)器出水pH值持續(xù)低于6.5；沼氣產(chǎn)量減少最終不產(chǎn)沼氣；出水揮發(fā)酸異常升高；COD去除率明顯降低，最終只能達(dá)5%～10%。

1 EGSB厭氧反應(yīng)器簡介

EGSB反應(yīng)器主要包括3部分，即布水系統(tǒng)、反應(yīng)器罐體及三相分離器。三相分離器安裝在反應(yīng)器的頂部，并將反應(yīng)器分為下部的反應(yīng)區(qū)、上部的沉淀區(qū)及集氣室。

污水由反應(yīng)器底部通過布水系統(tǒng)進(jìn)入反應(yīng)器，并由下到上通過污泥層，廢水中的有機(jī)污染物與污泥充分接觸，并在厭氧細(xì)菌作用下，最終被分解為甲烷和二氧化碳，同時(shí)產(chǎn)生一定量的新細(xì)胞。形成的沼氣同廢水及少量污泥一起向EGSB頂部上升，并通過三相分離器使氣體、污泥、廢水分離。沼氣進(jìn)入集氣室并引出反應(yīng)器，廢水進(jìn)入沉淀區(qū)并從集水槽流出反應(yīng)器，污泥靠重力與水分離，并沉降回到反應(yīng)區(qū)。EGSB反應(yīng)器示意圖見圖1。

圖1 EGSB厭氧反應(yīng)器示意圖

2 污泥接種

2.1 接種污泥的選擇

對(duì)于厭氧生物處理系統(tǒng)來講，最理想的菌種應(yīng)該是與待處理廢水水質(zhì)相同或相近的污水處理廠排放的厭氧污泥，尤以顆粒污泥為佳，這樣可大大縮短培養(yǎng)、馴化時(shí)間。作者采用的接種污泥為城市污水處理廠厭氧消化污泥。在城市污水處理過程中產(chǎn)生大量的好氧剩余污泥，為了將這些污泥中含有揮發(fā)性新增的固體變?yōu)榉€(wěn)定的腐殖質(zhì)、減少污泥體積、改善污泥性狀、控制致病菌，對(duì)之進(jìn)行厭氧消化處理。一般采用中溫消化，溫度在33～35 ℃。在污泥消化過程中，產(chǎn)生了中溫厭氧消化菌，將此菌種接種到厭氧系統(tǒng)，通過培養(yǎng)、馴化使之逐漸適應(yīng)水質(zhì)，并不斷增殖，這也是厭氧系統(tǒng)需經(jīng)歷培養(yǎng)馴化階段的原因。

2.2 接種方法

將種泥用水稀釋使之呈流動(dòng)態(tài)，用長軸液下泵，通過臨時(shí)敷設(shè)管線打入反應(yīng)器。

2.3 污泥接種量

按反應(yīng)器總體積計(jì)算，接種污泥濃度為30 g/L。

3 EGSB啟動(dòng)過程及運(yùn)行結(jié)果

3.1 污泥培養(yǎng)馴化過程操作原則

為防止厭氧反應(yīng)器“酸化”，應(yīng)遵循以下操作原則。始終控制厭氧出水pH=7.1～7.3；控制厭氧ρ(出水揮發(fā)酸)<100 mg/L；每日溫度波動(dòng)小于2 ℃；控制COD去除率>80%，一般在85%以上；控制厭氧反應(yīng)器內(nèi)污泥合理分布。

3.2 EGSB反應(yīng)器升溫

3.2.1 升溫原則

反應(yīng)器升溫即為污泥培養(yǎng)馴化過程的開始。設(shè)計(jì)運(yùn)行溫度為30～40 ℃，最適溫度35～38 ℃。采用穩(wěn)步升溫的方法，每天升高約1 ℃，使厭氧反應(yīng)器溫度最終升至35～38 ℃。

3.2.2 升溫方式

升溫方式有2種，一是通過調(diào)整進(jìn)水溫度；二是通過調(diào)整進(jìn)水量。啟動(dòng)前，厭氧反應(yīng)器內(nèi)溫度17 ℃。具體升溫過程、操作條件見表1。

表1 厭氧反應(yīng)器升溫過程

3.2.3 升溫過程中，進(jìn)水水質(zhì)控制

升溫過程控制進(jìn)水COD=1 000～1 500mg/L，pH=7.6～7.8。

在升溫過程中，逐漸有沼氣產(chǎn)生。

3.3 啟動(dòng)過程及運(yùn)行結(jié)果

厭氧反應(yīng)器溫度升至35 ℃后，開始進(jìn)入污泥培養(yǎng)馴化階段，約120 d后，進(jìn)入正常處理狀態(tài)。在此過程中，反映厭氧系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的各項(xiàng)指標(biāo)[如：COD去除率、產(chǎn)氣率、ρ(出水揮發(fā)酸)、出水堿度、出水pH值、污泥分布等]逐漸好轉(zhuǎn)并過渡到提升負(fù)荷階段。

3.3.1 厭氧進(jìn)水COD及處理水量控制

啟動(dòng)初期，污泥絮凝性和沉降性均較差，應(yīng)采取低進(jìn)水量、相對(duì)高進(jìn)水COD濃度的進(jìn)水方式。同時(shí)在一定的負(fù)荷條件下，可適當(dāng)調(diào)整進(jìn)水COD濃度和進(jìn)水量。具體操作見表2。

表2 厭氧啟動(dòng)階段進(jìn)水COD及處理水量

3.3.2 COD去除率

從升溫到完成啟動(dòng)過程COD去除率見表3。

表3 不同階段COD去除率

可以看出，除啟動(dòng)后第7 d，COD去除率均保持在92%以上，90 d后達(dá)到96%，去除效果較好。

3.3.3 出水VFA、pH值、堿度

在運(yùn)行過程中，厭氧反應(yīng)器的VFA始終在50 mg/L以下，堿度在800～900 mg/L，出水pH=7.2～7.3，3項(xiàng)指標(biāo)均較好。

3.3.4 反應(yīng)器內(nèi)污泥分布

反應(yīng)器內(nèi)污泥分布見圖2。

取樣高度/m圖2 啟動(dòng)初期與后期SV變化

合理的污泥分布是進(jìn)一步提升負(fù)荷的前提保證。隨著培養(yǎng)馴化的進(jìn)行，在污泥總量相近的條件下，污泥逐漸集中在底部，中上部污泥逐漸減少。而體現(xiàn)污泥分布的指標(biāo)是反應(yīng)器內(nèi)不同高度SV值。在啟動(dòng)初期，由于污泥沉降性和絮凝性較差，污泥絕大部分懸浮在反應(yīng)器內(nèi)。運(yùn)行30 d后，隨著污泥沉降性和絮凝性的好轉(zhuǎn)，污泥主要集中在反應(yīng)器中下部，污泥分布逐漸趨于正常。這可從SV值直接體現(xiàn)出來。

3.3.5 產(chǎn)氣率

產(chǎn)氣率反映了污泥的活性(特別是產(chǎn)甲烷菌的活性)。產(chǎn)氣率表示每去除1 kg COD所產(chǎn)生的沼氣量。隨著培養(yǎng)馴化的進(jìn)行，甲烷菌數(shù)量和活性均增加。不同的廢水及處理工藝產(chǎn)氣率不同，通常情況下，產(chǎn)氣率為0.35～0.5 m3沼氣/kg COD(去除)。不同階段產(chǎn)氣率的變化見圖3。

t/d圖3 不同時(shí)間階段產(chǎn)氣率

從實(shí)際運(yùn)行可知：歷時(shí)5個(gè)月，產(chǎn)氣率由培養(yǎng)馴化初期的0.06～0.35 m3沼氣/kgCOD(去除)，前3個(gè)月產(chǎn)氣率沒有明顯升高，到第5個(gè)月產(chǎn)氣率有了質(zhì)的飛躍達(dá)到了0.35 m3沼氣/kgCOD(去除)，標(biāo)志此時(shí)甲烷菌活性已滿足進(jìn)一步提升負(fù)荷的條件。

3.3.6 促進(jìn)污泥培養(yǎng)馴化措施[1]

在運(yùn)行初期，為了加快培養(yǎng)進(jìn)程，投加了一些營養(yǎng)物質(zhì)如尿素、7水合硫酸亞鐵、7水合硫酸鎳、氫氧化鈣等。

營養(yǎng)物質(zhì)投加質(zhì)量濃度按下式計(jì)算：

ρ=CODBD×Y×wcell×2.28

式中：ρ為所需最低的營養(yǎng)元素濃度；CODBD為厭氧進(jìn)水中可生物降解的COD濃度；Y為細(xì)胞產(chǎn)量(Y取0.15)；wcell為該元素在細(xì)胞中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

各種藥劑投加目的和投加過程如下。

氫氧化鈣：主要目的改善污泥沉降性，少量鈣可提高污泥的沉降性和增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度。

硫酸鎳：有研究表明，在甲烷形成的生物化學(xué)過程中，主要的中間產(chǎn)物是甲基輔酶，在甲基輔酶轉(zhuǎn)化為甲烷的過程中，起關(guān)鍵作用的是輔助因子F430和F420，而F430的中央離子是鎳，因此一般認(rèn)為鎳是保證反應(yīng)器良好運(yùn)轉(zhuǎn)不可缺少的痕量元素，因此在啟動(dòng)初期投加了硫酸鎳。

硫酸亞鐵：主要為了提供細(xì)胞增長過程中對(duì)鐵的需求及提高沉降性。實(shí)際運(yùn)行中，只在啟動(dòng)初期投加。由于投加過程中，廢水中有硫化亞鐵生成，硫化亞鐵可使厭氧菌中毒，因此不宜長時(shí)間投加硫化亞鐵。

可以說，以上各種藥劑對(duì)厭氧啟動(dòng)是有一定促進(jìn)作用的。

4 結(jié) 論

(1) 經(jīng)過近5個(gè)月的培養(yǎng)馴化，成功避免了厭氧反應(yīng)器“酸敗”，順利地完成了啟動(dòng)，各項(xiàng)指標(biāo)良好。

(2) 采用EGSB處理酒精廢水效果良好，COD去除率可達(dá)96%以上。

(3) 采用城市污水處理廠厭氧消化污泥接種，培養(yǎng)時(shí)間較長。為了減少培養(yǎng)時(shí)間，建議盡量采用顆粒污泥接種。

(4) 為了保證EGSB處理效率和提高抗沖擊能力，應(yīng)著力培養(yǎng)顆粒污泥，采取必要措施促進(jìn)污泥顆粒化。

(5) 投加合適藥劑，可提高污泥沉降性，對(duì)提升負(fù)荷、促進(jìn)污泥顆?；幸欢ǖ拇龠M(jìn)作用。

[ 參 考 文 獻(xiàn) ]

[1] 賀延齡.廢水的厭氧生物處理[M].北京：中國輕工業(yè)出版社，1998：53-54.